[论文解读] Concurrent Development of Model and Implementation

Andrew M. Gravell, Yvonne Howard+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2011

Distributed systems and fault tolerance参考文献 18被引用 6

一句话总结

本文提出了一种协同演化方法以支持软件开发，通过快速原型、团队协作和基于模型的追溯检查，使形式化数学模型与不断演化的实现保持同步。在电子商务应用的案例研究中，该方法提升了设计探索与一致性，尽管现有但互不兼容的工具限制了其在工业界的采用。

ABSTRACT

This paper considers how a formal mathematically-based model can be used in support of evolutionary software development, and in particular how such a model can be kept consistent with the implementation as it changes to meet new requirements. A number of techniques are listed can make use of such a model to enhance the development process, and also ways to keep model and implementation consistent. The effectiveness of these techniques is investigated through two case studies concerning the development of small e-business applications, a travel agent and a mortgage broker. Some successes are reported, notably in the use of rapid throwaway modelling to investigate design alternatives, and also in the use of close team working and modelbased trace-checking to maintain synchronisation between model and implementation throughout the development. The main areas of weakness were seen to derive from deficiencies in tool support. Recommendations are therefore made for future improvements to tools supporting formal models which would, in principle, make this co-evolutionary approach attractive to industrial software developers. It is claimed that in fact tools already exist that provide the desired facilities, but these are not necessarily production-quality, and do not all support the same notations, and hence cannot be used together.

研究动机与目标

• 解决在迭代开发过程中保持形式化软件模型与不断演化的实现之间一致性的挑战。
• 研究在需求不断变化的真实世界电子商务应用中支持模型驱动开发的技术。
• 评估基于模型的追溯检查与团队协作在同步模型与代码方面的有效性。
• 识别当前形式化模型工具支持在工业软件开发中的关键局限，并提出改进以提升工业可用性。
• 证明在类似敏捷的环境中，使用形式化模型进行快速设计探索与实现验证的可行性。

提出的方法

• 采用快速一次性建模，在开发生命周期早期探索设计备选方案。
• 通过建模者与实现者之间的紧密团队协作，确保模型与代码同步演化。
• 应用基于模型的追溯检查，验证实现变更是否与形式化模型保持一致。
• 将形式化数学模型整合到开发过程中，以指导并验证实现决策。
• 使用两个案例研究——旅行社和抵押贷款经纪人应用——在实践中评估该方法。
• 利用现有形式化建模工具，但指出其缺乏互操作性与生产就绪性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在实践中，形式化数学模型如何被有效用于支持演化式软件开发？
• RQ2 哪些技术可确保软件模型与其不断演化的实现保持一致？
• RQ3 快速一次性建模在电子商务应用中能在多大程度上提升设计探索？
• RQ4 基于模型的追溯检查在开发过程中保持模型与实现一致性方面有多有效？
• RQ5 当前形式化模型工具支持在工业软件开发中的关键局限是什么？

主要发现

• 快速一次性建模在开发早期有效探索并验证了设计备选方案。
• 建模者与实现者之间的紧密团队协作显著提升了模型与实现之间的一致性。
• 基于模型的追溯检查成功检测出不一致，并确保了模型与代码的对齐。
• 尽管成果成功，主要限制仍是工具支持不足，现有工具缺乏互操作性与生产质量。
• 作者得出结论：虽然必要工具已存在，但尚未成熟或标准化到足以实现广泛工业采用的程度。
• 本研究证明，当辅以强有力的协作与工具支持时，形式化模型在真实世界软件开发中具有实际应用价值。